一种dpf组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于内燃机排放后处理技术领域，具体涉及柴油发动机及缸内直喷汽油机的排气颗粒物过滤收集器(DPF)的燃油喷射再生系统及其控制技术。
【背景技术】
[0002]柴油发动机以其高热效率和低二氧化碳排放量而成为当今世界最重要的原动力装置，广泛应用于道路及非道路车辆、工程机械、固定动力设备等。缸内直喷增压汽油机也因为比传统的汽油机高的热效率和比功率，在车用发动机中越来越普及。然而，柴油机和缸内直喷汽油机燃烧伴随产生能够严重污染大气环境危害生物健康的多种污染物质，包括氮氧化物(NOx)、颗粒物(PM)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)等。随着人类环境问题的日益突出，许多国家已经立法限制各种动力装置产品的污染环境物质的排放量，尤其对于车辆、工程机械、发电设备等的排放限值不断加严。
[0003]已知的解决柴油发动机排放问题的主要手段是采用柴油机排气后处理技术，包括在排气管路中设置各种催化转换器和捕集器，例如柴油废气氧化催化(DOC=DieselOxidizing Catalyst)装置、颗粒物氧化(POC=Particulate Matter Oxidizing Catalyst)装置、选择性催化还原(SCR=Selective Catalyst Reduct1n)装置、稀燃排气NOx捕集(LNT=Lean NOx Trapping)装置、柴油机颗粒物过滤器(DPF= Diesel ParticulateFilter)，等等。这些手段同样适用于缸内直喷汽油机。
[0004]上述发动机排气后处理技术中，SCR和DPF甚至LNT需要特别的辅助系统，SCR需要定量提供还原剂，例如定量向排气管中喷射柴油排气流体(DEF=Diesel Exaust Fluid)即32.5%的尿素水溶液(添蓝液=AddBlue);而LNT和DPF需要间隔再生，即当捕集到的NOx或者颗粒物快达到饱和或者许可最大值时，需要采取专门的措施无污染地清除捕集到的NOx或者颗粒物。否则，SCR就不会对NOx有任何还原作用，LNT在NOx吸储饱和后也就无法降低NOx排放，DPF被捕集到的颗粒物堵塞会导致发动机排气背压升高，使发动机性能恶化。因此，这些辅助系统是必须而关键的。
[0005]发动机机颗粒物过滤捕集器DPF的再生技术从再生方式可分为被动式再生和主动式再生。被动式再生是利用可能存在的发动机的高速高负荷工况形成的排气条件使捕集到的颗粒物燃烧，但因为用户使用发动机的模式是不确定的，所以这种方式不能够排除DPF堵塞故障，特别是对于车用柴油发动机，这种工况出现的概率非常低，基本上难以有效再生DPF0主动式再生是根据监测的DPF工作状态来随时进行再生的专门系统。设计合理有效的主动再生DPF系统，是DPF技术成功的关键。
[0006]主动式DPF再生又有各种方式，包括发动机的主燃料喷射系统米用后喷策略的缸内喷射燃油提高排气温度的再生方式；在排气管喷油燃烧加热排气的再生方式；在排气管或DPF中使用电加热或者微波加热引燃捕集到的发动机颗粒物的再生方式等。各种再生方式都有各自的优缺点。缸内喷射燃油的DPF再生方式对主燃料喷射系统要求很高，只有高压共轨并且能够实现快速多脉冲喷油的主燃料喷射系统才能够实现，并且对主喷油可能产生一定的影响，标定需要和发动机性能标定一起进行，标定成本较高。另外在膨胀冲程或者排气冲程的喷油因为喷射到气缸壁面而很容易稀释曲轴箱机油，对发动机运转可靠性带来威胁。电加热或者微波加热的再生方式需要消耗大量电能，必须增加发动机的发电机功率和蓄电池容量，另外可靠性或者成本也存在问题。使用外加排气管燃油喷射的再生方式，需要增加一个燃油喷射装置。但总体来看，排气管燃油喷射的再生方式因为其灵活性、广泛适应性和较低的成本等优点，是最多被采用的方法。
[0007]安装在在排气管喷油的DPF再生方式，需要向排气管道内主动喷射燃油，为了提高燃烧效率，以最少的燃油消耗获得最高的DPF温度达到再生DPF捕集的颗粒物的目的，喷射的燃料必须雾化良好以及有较高的喷射精度。然而，现有技术多数采用低压的喷射技术。例如，美国专利(公开号:US2007/0033927)公开的技术方案借用了汽油进气口喷射系统的喷射基本原理和喷嘴结构计量燃油，因为这种计量喷嘴不能够承受排气管的高温环境，因此该方案另设计了一个可以安装在排气管上的压力自开式喷射提升阀，将计量控制装置远离排气管设置，通过一根连接管将计量控制装置和喷射提升阀连通。因为采用的是汽油进气口喷射系统的低压等压计量系统，喷射压力相对比较低，系统构成部件较多，复杂而成本较高，并且雾化较差，必须在较高的温度下依靠DOC才能够燃烧升温。
[0008]中国专利200680027310.6 (授权公告号CN101265824A)公开了一种较低成本的DPF再生燃油喷射装置，采用开关型(ON-OFF)电磁阀控制计量再生燃油喷射，用主燃料喷射系统的低压供油栗提供有压力脉动的燃油，通过一个压力控制阀维持喷射压力平均值在一定范围内，而喷射阀为压力自开式，但因为喷射压力脉动而只能以颤动的方式工作，喷射压力时高时低，压力在l_8bar范围内脉动。这种计量喷射方式难以获得高精度，雾化差，同样必须在较高的温度下依靠DOC才能够燃烧升温。
[0009]实际柴油机排气温度一般小于500°C，特别是城市工况运行的公交车等车用柴油发动机排气温度甚至基本总在250°C以下，正如公开号为US2013/0269427的美国专利申请公开的，在低排气温度工况，DOC的燃烧效率可能变得很低，因此再生燃油喷入排气管后能否可靠燃烧放热以加热排气达到足以再生DPF的温度，也是一个必须解决的问题，否则不仅不能够再生DPF，反而可能增加HC排放。
【发明内容】
[0010]本发明针对上述问题，之目的在于是提供一种燃烧升温可靠、控制精度高、结构简单、适用性强的发动机颗粒物捕捉系统，以有效实现对发动机颗粒物的捕捉再生，特别是在用柴油发动机的颗粒物的捕捉再生。
[0011]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，即，一种DPF组件，包括再生装置和过滤器。所述再生装置包括燃油喷射器、点火器和控制器，设置在柴油机的排气处理系统中，所述控制器控制点火器产生点火火花，所述点火器可以是火花点火发动机所用的火花塞，火花塞间隙尽可能调大，位于所述燃油喷射器喷出喷雾方向的下游，以致于喷雾或者喷雾所产生的燃油蒸汽至少部分可以到达火花塞间隙处并被点火火花点燃，产生高温排气。
[0012]所述燃油喷射器包括一个由栗端控制的螺线管栗装置，一个高压输送管，一个喷嘴。所述螺线管栗装置包括螺线管驱动装置和柱塞组件，所述喷嘴通过高压输送管与螺线管栗装置之出液口连接，喷嘴安装于排气管道上，将产生的高压喷雾喷入排气管道内，燃油喷射器的驱动信号由控制器给出。
[0013]上述方案中，还可包括一个柴油排气氧化催化器(D0C)，设置在所述喷射器和所述过滤器之间，所述喷射器和点火器形成的燃烧高温排气首先进入柴油排气氧化催化器中进一步氧化升温，并将其中的NO转换成N02，再进入过滤器。
[0014]进一步，上诉DPF组件还包括一个或者多个排气温度传感器，一个背压传感器或者压差传感器，一个氧传感器。所述温度传感器可以安装在所述柴油机排气处理系统的各个位置，包括所述燃油喷射器的上游，或者所述柴油排气氧化催化器的上游，或者所述过滤器的上游以及所述过滤器的下游。所述排气背压传感器安装在所述过滤器的上游排气管上，所述压差传感器与所述过滤器的进口和出口连通，以测量发动机运行时的排气阻力。所述氧传感器安装在所述燃油喷射器的上游或者DOC的之后或者DPF之后，测量排气中的氧浓度。
[0015]上述方案中可包含一个导流件，由燃油喷射器产生的喷雾通过导流件改变其流向，迅速达到火花塞的放电区，并有效阻止了燃油与排气管壁面接触，另外导流件可以吸收排气温度，可使喷雾达到汽化效果。
[0016]一种再生DPF的方法，包括以下步骤:每次启动DPF再生程序后，控制器在控制燃油喷射器产生喷雾后，控制所述点火器产生至少一次点火火花，与燃油喷射同步控制，点火时间可滞后于燃油喷射开始时刻，即，每次开始喷射到第一次点火的时间间隔固定，到其后的任一次点火的时间间隔也固定。再生程序结束后不产生点火火花。
[0017]上述方法中，还包括控制器直接检测发动机是否在运行的步骤；控制器检测排气温度、排气氧浓度以及发动机运行时的排气阻力；计算上次DPF再生后的发动机累计运行时间，预测DPF捕集的颗粒物质量；如果预测的颗粒物质量超过了一个预设的阈值，或者发动机运行时的排气阻力多次超过了一定的阈值，则随时准备启动再生程序；当发动机处于运行状态并且排气温度大于预设的最低可再生温度、并且排气氧浓度在预设的范围内时，启动再生程序，向燃油喷射器发出喷射燃油指令以及点火指令。
[0018]控制器可以通过接入发动机曲轴转角信号、转速信号、发电机输出交流信号等来检测发动机是否在运行。在